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1、体外预应力体外预应力FRP筋加固混凝土梁的筋加固混凝土梁的疲劳性能研究疲劳性能研究学生：高宏学生：高宏学生：高宏学生：高宏 导师：张继文导师：张继文导师：张继文导师：张继文 第一章第一章 绪绪 论论体外体外 预应力预应力CFRP 索加固桥梁结构实例索加固桥梁结构实例FRP筋在体外预应力领域的应用筋在体外预应力领域的应用 体外预应力体外预应力CFRP 筋混凝土筋混凝土桥梁桥梁 国内外关于体外预应力国内外关于体外预应力FRP筋混凝土梁筋混凝土梁的疲劳试验研究成果的疲劳试验研究成果 1，体外预应力斜交桥，体外预应力斜交桥2，体外预应力连续梁，体外预应力连续梁3，体外预应力梁对比疲劳试验，体外预应力梁
2、对比疲劳试验1 试验研究试验研究2 理论研究理论研究 材料性能试验材料性能试验结构静力性能试验结构静力性能试验结构疲劳性能试验结构疲劳性能试验结构疲劳累积损伤模拟结构疲劳累积损伤模拟结构疲劳性能评估方法结构疲劳性能评估方法结构设计施工建议结构设计施工建议第二章第二章 结构疲劳性能评估方法结构疲劳性能评估方法 1，结构疲劳失效形态，结构疲劳失效形态 2，结构整体疲劳寿命，结构整体疲劳寿命 3，结构抗弯刚度的衰减规律，结构抗弯刚度的衰减规律 第三章第三章 结构材料疲劳性能及其寿命预测结构材料疲劳性能及其寿命预测1 体内受拉钢筋体内受拉钢筋2 混凝土混凝土3 体外筋体外筋 结构材料分类结构材料分类
3、材料疲劳分析项目材料疲劳分析项目1 疲劳失效准则疲劳失效准则2 影响疲劳性能的因素影响疲劳性能的因素3 疲劳寿命预测疲劳寿命预测4 疲劳累积损伤疲劳累积损伤数学模型数学模型疲劳破坏机理疲劳破坏机理疲劳破坏机理疲劳破坏机理 3.1 普通钢筋疲劳性能普通钢筋疲劳性能 钢筋的疲劳寿命预测钢筋的疲劳寿命预测钢筋的疲劳寿命预测钢筋的疲劳寿命预测钢筋疲劳损伤数学模型钢筋疲劳损伤数学模型钢筋疲劳损伤数学模型钢筋疲劳损伤数学模型PM准则准则 SN曲线回归公式曲线回归公式 FRP筋疲劳失效标准筋疲劳失效标准 3.2 FRP筋疲劳性能研究筋疲劳性能研究 承载力下降承载力下降 弹性模量的降低弹性模量的降低 弹性模量
4、的降低弹性模量的降低 FRP筋疲劳性能筋疲劳性能的主要影响因素的主要影响因素构成材料以及其特性构成材料以及其特性 构造形式与几何特征构造形式与几何特征实验参数与环境条件实验参数与环境条件 缠绕丝间距缠绕丝间距1.2D 缠绕丝间距缠绕丝间距1.8D 筋材泊松比最优比例螺旋丝间距筋材直径混凝土受压疲劳破坏机理混凝土受压疲劳破坏机理2.3 混凝土的受压疲劳性能研究混凝土的受压疲劳性能研究 残余应变的三阶段发展规律残余应变的三阶段发展规律混凝土疲劳损伤数学模型混凝土疲劳损伤数学模型2.4 钢筋与混凝土的粘结疲劳性能研究钢筋与混凝土的粘结疲劳性能研究 1，钢筋与混凝土的粘结强度不断下降，钢筋与混凝土的粘
5、结强度不断下降 2，受拉钢筋应变不均匀系数不断上升，受拉钢筋应变不均匀系数不断上升 第四章第四章 FRP筋体外预应力梁疲劳试验研究筋体外预应力梁疲劳试验研究 4.1试验构件试验构件 4.2 试验设备试验设备 循环加载设备循环加载设备FBG光纤测量设备光纤测量设备BOTDR光纤测量设备光纤测量设备FRP体外筋预应力张拉装置体外筋预应力张拉装置 4.3 试验内容试验内容梁静力性能试验梁静力性能试验梁疲劳性能试验梁疲劳性能试验 材料性能试验材料性能试验JB-1，JB-2PB-1，PB-2钢筋，钢筋，FRP筋，混凝土筋，混凝土4.4 试验结果分析试验结果分析a）静力试验梁）静力试验梁JB-2裂缝图裂缝
6、图b）PB-1梁疲劳裂缝图梁疲劳裂缝图c）PB-2梁疲劳裂纹图梁疲劳裂纹图4.4.2 混凝土疲劳状态分析混凝土疲劳状态分析PB-1 混凝土应变图混凝土应变图PB-1 混凝土动应变图混凝土动应变图PB-2 混凝土应变图混凝土应变图4.4.3 受拉钢筋疲劳状态分析受拉钢筋疲劳状态分析PB-1 体内受拉钢筋断裂图体内受拉钢筋断裂图PB-1 体内受拉钢筋应变图体内受拉钢筋应变图PB-2 体内受拉钢筋应变图体内受拉钢筋应变图4.4.4 体外预应力筋的疲劳状态分析体外预应力筋的疲劳状态分析PB-1 体外筋应变图体外筋应变图 PB-1 体外筋应力图体外筋应力图 PB-1 体外筋弹性模量变化体外筋弹性模量变化
7、 疲劳模量疲劳模量荷载上限变形模量荷载上限变形模量荷载下限变形模量荷载下限变形模量 PB-2 体外筋应变图体外筋应变图 PB-2 体外筋应力图体外筋应力图 PB-2 体外筋弹性模量变化体外筋弹性模量变化 疲劳模量疲劳模量荷载上限变形模量荷载上限变形模量荷载下限变形模量荷载下限变形模量 4.4.5 挠度分析挠度分析 PB-1各级荷载下的挠度随循环次数变化各级荷载下的挠度随循环次数变化 PB-2 各级荷载下的挠度随循环次数变化各级荷载下的挠度随循环次数变化 4.4.6 疲劳损伤后静载极限破坏形态分析疲劳损伤后静载极限破坏形态分析 各梁极限破坏试验情况各梁极限破坏试验情况 项目目梁梁编号号极限荷极限
8、荷载（kN）破坏形破坏形态说明明静静载试验JB-1110 先先钢筋屈服，筋屈服，后混凝土后混凝土压碎碎普通普通钢筋混凝土梁筋混凝土梁JB-2220混凝土混凝土压碎碎体外体外预应力梁静力梁静载试验疲疲劳试验PB-1120体外筋断裂体外筋断裂32万次体内万次体内钢筋疲筋疲劳破破坏坏PB-2230体外筋断裂体外筋断裂200万次没有破坏万次没有破坏第五章第五章 FRP筋体外预应力梁疲劳损伤分析筋体外预应力梁疲劳损伤分析体外预应力梁的曲率分布示意图体外预应力梁的曲率分布示意图 水平力平衡方程水平力平衡方程弯矩平衡方程弯矩平衡方程变形协调方程变形协调方程 结构疲劳累积结构疲劳累积损伤的模拟损伤的模拟5.6
9、.2 程序运行与调试中的若干问题程序运行与调试中的若干问题 1）分析时间点的选取）分析时间点的选取2）迭代初值的选取）迭代初值的选取3）程序循环的调试）程序循环的调试 PB-1 受拉钢筋疲劳累积损伤计算值受拉钢筋疲劳累积损伤计算值 PB-1 混凝土疲劳累积损伤计算值混凝土疲劳累积损伤计算值5.6.3 对对AFRP筋体外预应力混凝土梁的疲劳分析筋体外预应力混凝土梁的疲劳分析 PB-2 受拉钢筋疲劳累积损伤计算值受拉钢筋疲劳累积损伤计算值PB-2 混凝土疲劳累积损伤值程序计算结果混凝土疲劳累积损伤值程序计算结果 5.6.4 采用各种筋材作为体外筋的体外预应力梁疲劳性能的比较采用各种筋材作为体外筋的体外预应力梁疲劳性能的比较 a) 体内钢筋疲劳损伤对比体内钢筋疲劳损伤对比混凝土疲劳损伤对比混凝土疲劳损伤对比 第六章第六章 体外预应力体外预应力FRP筋加固混凝土梁的设计建议筋加固混凝土梁的设计建议受压区混凝土应力、应变受压区混凝土应力、应变 受拉钢筋应力受拉钢筋应力 体外预应力体外预应力FRP筋应力筋应力 结构抗弯刚度结构抗弯刚度 其他设计及施工要点其他设计及施工要点
